ENLACE IONICO

Entre los diversos tipos de enlace que se han clasificado, el iónico es el más sencillo de explicar a partir de un modelo electrostático simple, los compuestos iónicos son sólidos cristalinos que tienen un ordenamiento espacial que se extiende a través de todo el volumen de un cuerpo, este tipo de compuestos consiste de iones positivos y negativos distribuidos de tal forma que las fuerzas de atracción entre iones de carga opuesta se hacen máximas y las fuerzas de repulsión entre iones de igual carga se hacen mínimas.

El tratamiento teórico de la energía de enlace de los cristales iónicos fue iniciado por los alemanes Max Born y Landé en 1918, demostrando que las interacciones entre un par iónico dependen de:
a). – El radio iónico.
b). – La carga del ión.
c). – El número de coordinación.
d). – La estructura geométrica del cristal.
e). – El hacer máximas las fuerzas de atracción y mínimas las fuerzas de repulsión.
La ecuación de Born-Landé que se utiliza para calcular la energía de enlace (energía reticular) de los compuestos iónicos es deducida directamente de la ley de Coulomb; haciendo varios cambios para tomar en cuenta la carga de los iones, la estructura del cristal, el tamaño del ión, la capa electrónica de los componentes y el número de Avogadro:

E = [ANz+z-e2/4(pi)constante dieléctrica.r2](1-1/n)

N. – Número de Avogadro = 6.023X1023 partículas.
e. – Carga del electrón = 1.602X10-19 C = 4.802X10-10ues.
z+ y z-. – carga del catión y del anión.
e. – Constante dieléctrica del medio:
Aire = 8.85X10-12 C/J.m
Agua = 6.90X10-10C/J.m
A. - Constante de Madelung, que depende de la estructura cristalina del compuesto iónico y es calculada por métodos matemáticos y geométricos.
n. – Se llama exponente de compresibilidad de Born y resulta del equilibrio entre las fuerzas de atracción y de repulsión; este puede ser obtenido experimentalmente de la compresibilidad del cristal.
r. – Radio ínter iónico obtenido por rayos X para diferentes cristales.

La ecuación de Born-Landé es bastante acertada en la predicción de la energía de enlace iónico. En la actualidad existen trabajos más precisos que hacen referencia a otros tres factores energéticos que afectan los resultados; estos son: Las fuerzas de Van der Walls; la energía del punto cero y la corrección debida a la capacidad calorífica.
a). – Las fuerzas de Van der Walls son fuerzas de atracción muy débiles entre las moléculas, átomos o iones que surgen del movimiento propio de los electrones.
b). – La energía del punto cero se refiere a la energía que aún tienen los átomos en el cero absoluto, pues aún a esta temperatura los átomos tienen vibraciones.
c). – La capacidad calorífica es un factor de corrección necesario cuando se aplican los resultados del cálculo a temperaturas superiores al cero absoluto.
Los resultados satisfactorios derivados de la ecuación de Born-Landé nos lleva a suponer la existencia real de los iones y a considerar que su estructura depende realmente del tamaño del ión, de su carga y del número de coordinación.

REQUISITOS PARA LA FORMACIÓN DEL ENLACE IONICO
Los compuestos iónicos en general solo se forman entre los elementos metálicos muy activos y los elementos no metálicos también muy activos. Dos requisitos para su formación son: Que el Potencial de Ionización para formar el catión y la Afinidad Electrónica para producir el anión deben ser energéticamente favorables, es decir, que no consuman demasiada energía en el proceso. Estos requisitos se cumplen para los elementos del grupo I-A, II-A y el aluminio, que tienen radios atómicos grandes y en consecuencia un potencial de ionización bajo, lo mismo que su electronegatividad y afinidad electrónica. Por otro lado los átomos que se cargan negativamente deben ser aquellos que tengan radios atómicos pequeños para que su electronegatividad y afinidad electrónica sea grande, esto se da en los no-metales muy activos tales como del grupo VII-B, VI-B y N.

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

1.– Los compuestos iónicos no conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero son buenos conductores cuando están fundidos. Dicha conductividad se atribuye a la presencia de los iones, átomos cargados ya sea positiva o negativamente, los cuales se mueven libremente bajo la influencia eléctrica. En el sólido, los iones se encuentran fuertemente enlazados en la red cristalina y no tienen libertad para moverse y conducir la corriente eléctrica. Debe tenerse en cuenta que no se tiene una prueba absoluta de la existencia de los iones pero el pensar en ellos explica muy bien las propiedades.

2.– Los compuestos iónicos tienden a mostrar altos puntos de fusión, ebullición y densidades. En general los compuestos iónicos son bastantes fuertes y omnidireccionales, es decir, que el enlace iónico puede formarse en cualquier dirección en virtud de que se forma por intensas fuerzas electrostáticas, a diferencia de las covalentes que son direccionales.

3.– Los compuestos iónicos por lo general son sustancias muy duras, pero frágiles. La dureza de las sustancias iónicas proviene lógicamente, de las fuerzas electrostáticas. La tendencia hacia la fragilidad mecánica es una consecuencia de la unión iónica. Si se aplica suficiente fuerza como para desplazar ligeramente los iones entonces, las fuerzas de atracción se convierten en fuerzas de repulsión a medida que se presentan contactos anión-anión y catión-catión. Por consiguiente, los cristales se separan.

4.– Los compuestos iónicos a menudo son solubles en disolventes polares que presentan constantes dieléctricas elevadas. La energía de interacción de dos partículas cargadas es:

E = -[q+q-/4 (pi)(constante dieléctrica) r]

donde q+ y q- son las cargas, r es la distancia de separación y εo es la constante dieléctrica. La constante dieléctrica en el vacío es: εo=8.85X10-12 C/J.m, Sin embargo, en el caso de los disolventes polares comunes, las constantes dieléctricas poseen valores considerablemente mayores. Por ejemplo, la constante dieléctrica del agua es 82 εo, para el acetonitrilo 33 εo y para el amoniaco líquido 25 εo. La atracción de los iones en el amoniaco líquido es de solo 4 % de lo que se tiene en ausencia del disolvente. Para otros disolventes con constantes dieléctricas mayores, el efecto es aún más pronunciado. Otra forma de enfocar este fenómeno es considerar la interacción entre los momentos dipolares del disolvente y de los iones. Tal solvatación suministra la energía suficiente como para consumar el rompimiento de la red cristalina.